專利名稱：一種光催化材料Bi₁₂TiO₂₀的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及采用低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光 催化材料Bi12Ti020。
背景技術(shù)：
低溫燃燒合成法(LCS)是將金屬離子的硝酸鹽或其它可溶性鹽在絡(luò)合劑的作用下形成凝膠，凝膠干燥后成為疏松多孔的干膠，干膠一經(jīng)點(diǎn)燃便能在很短時(shí)間內(nèi)借助外界 初始能量進(jìn)行具有自蔓延性質(zhì)的燃燒，大量有機(jī)組成在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)生氧化-還原反 應(yīng)，并以氣體形式放出。這些熱量一方面促進(jìn)反應(yīng)物之間的質(zhì)量傳輸和擴(kuò)散，有利于反應(yīng)的 進(jìn)行，同時(shí)促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程中生成的碳化物的分解；另一方面迅速傳遞給與反應(yīng)物臨近的未 反應(yīng)物，使其溫度升高從而使得反應(yīng)得以自維持，因此留下的固態(tài)產(chǎn)物必然具有大量孔洞。 低溫燃燒合成法(LCS)原始產(chǎn)物特有的多孔微結(jié)構(gòu)的形貌特征，可形成比表面積高的超細(xì) 氧化物粉。采用低溫燃燒合成法(LCS)制備Bi12TiO2tl可避免濕化學(xué)法中的高溫煅燒過(guò)程， 節(jié)約能源并使得制備過(guò)程得以簡(jiǎn)化，同時(shí)制備出的Bi12TiO2tl粒度分布均勻，顆粒尺寸較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種新的方法制備光催化材料Bi12TiO2tl，從而簡(jiǎn)化Bi12Ti02Q 的制備工藝。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的主要原料為 Bi (NO3) 3 · 5H20、(C4H9O)4Ti, C6H8O7 · H2O,添加一定量的 CH4ON2 和 NH4NO3 可以有效地加快凝 膠干燥速率，形成疏松多孔干膠，改善干膠的燃燒性能從而提高產(chǎn)率和產(chǎn)物純度。原料的摩 爾比例為Bi(NO3)3 ·5Η20 (C4H9O)4Ti CH4ON2 C6H8O7 ·Η20 NH4NO3= 12 1 6 1 2，將(C4H9O) 4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Ll ；按摩爾比例取C6H8O7 · H2O,加入到溶 液Ll中，攪拌得白色乳濁液，向白色乳濁液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值為6，得澄清溶 液L2 ；按摩爾比例取Bi (NO3)3 ·5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3 ；將溶液L3緩慢滴加 到溶液L2中，再向溶液L2中緩慢滴加氨水，將PH值穩(wěn)定在4-7之間，攪拌得澄清溶液L4。 利用電磁加熱攪拌器將水浴溫度控制在80-95°C之間，將所得澄清溶液L4置于水浴中攪拌 60-90分鐘后得透明凝膠凝膠在80-95°C的烘箱中干燥2_5天，得多孔干膠，選用適當(dāng)助燃 齊U，通常選用燃燒后無(wú)固體殘留物且不與干膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的助燃劑如乙醇，將干膠點(diǎn)燃， 燃燒產(chǎn)物即為Bi12TiO2tl粉體。所述的光催化材料制備方法，在得到溶液L2后，再向溶液L2中緩慢滴加氨水，將 溶液L2的PH值穩(wěn)定在4-7之間，向溶液L2中按摩爾比例加入CH40N2。所述的光催化材料制備方法，在得到溶液L2后，再向溶液L2中緩慢滴加氨水，將 溶液L2的PH值穩(wěn)定在4-7之間，向溶液L2中按摩爾比例加入CH4ON2和ΝΗ4Ν03。
與濕化學(xué)法比較，低溫燃燒合成法(LCS)借助外界能量進(jìn)行具有自蔓延性質(zhì)的燃 燒，具有較低的點(diǎn)火分解溫度，避免高溫煅燒，節(jié)約能源保證產(chǎn)物純度的同時(shí)簡(jiǎn)化了制備工 藝。


圖1是低溫燃燒合成法(LCS)制備Bi12TiO2tl粉體的工藝流程2是低溫燃燒合 成法(LCS)制備Bi12TiO2tl粉體過(guò)程中干凝膠的TG/DTA圖，圖中，橫坐標(biāo)為溫度(°C)，左邊 縱坐標(biāo)為DTA(Uv)，右邊縱坐標(biāo)為失重(％ )。圖3是低溫燃燒合成法(LCS)制備的Bi12TiO2tl粉體的XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)普的對(duì)比 圖，圖中，橫坐標(biāo)為2 θ，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的原料及其配比為Bi (NO3 )3·5Η20 (C4H9O)4Ti C6H8O7 · H2O = 12 1 1其制備方法(1)配制溶液將一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Li。按比例取一 定量C6H8O7 ·Η20，加入Ll中，攪拌得白色乳濁液，往其中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值為6， 得澄清溶液L2。按比例取一定量Μ(Ν03)3·5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3。將L3 緩慢滴加到L2中，再向L2中緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為4，攪拌得澄清溶液L4。(2)制備凝膠將(1)中所得澄清溶液L4至于80°C水浴中，電磁加熱攪拌90分 鐘，得透明凝膠。(3)凝膠干燥將(2)中所得凝膠在80°C下干燥5天，得多孔干膠。(4)干膠點(diǎn)燃采用乙醇為助燃劑，將(3)中所得多孔干膠點(diǎn)燃，得黃綠色粉體，即 為 Bi12TiO2tl 粉體。實(shí)例2 低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的原料及其配比為Bi (NO3 )3·5Η20 (C4H9O)4Ti C6H8O7 · H2O = 12 1 1其制備方法(1)配制溶液將一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Li。按比例取一 定量C6H8O7 ·Η20，加入Ll中，攪拌得白色乳濁液，往其中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值為6， 得澄清溶液L2。按比例取一定量Μ(Ν03)3·5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3。將L3 緩慢滴加到L2中，再向L2中緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為5，攪拌得澄清溶液L4。(2)制備凝膠將(1)中所得澄清溶液L4至于80°C水浴中，電磁加熱攪拌90分 鐘，得透明凝膠。(3)凝膠干燥將(2)中所得凝膠在80°C下干燥5天，得多孔干膠。(4)干膠點(diǎn)燃采用乙醇為助燃劑，將(3)中所得多孔干膠點(diǎn)燃，得黃綠色粉體，即 為 Bi12TiO2tl 粉體。實(shí)例3
低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的原料及其配比為Bi (NO3 )3·5Η20 (C4H9O)4Ti C6H8O7 · H2O = 12 1 1其制備方法(1)配制溶液將一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Li。按比例取一 定量C6H8O7 ·Η20，加入Ll中，攪拌得白色乳濁液，往其中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值為6， 得澄清溶液L2。按比例取一定量Μ(Ν03)3·5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3。將L3 緩慢滴加到L2中，再向L2中緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為7，攪拌得澄清溶液L4。(2)制備凝膠將(1)中所得澄清溶液L4至于80°C水浴中，電磁加熱攪拌90分 鐘，得透明凝膠。(3)凝膠干燥將(2)中所得凝膠在80°C下干燥5天，得多孔干膠。(4)干膠點(diǎn)燃采用乙醇為助燃劑，將(3)中所得多孔干膠點(diǎn)燃，得黃綠色粉體，即 為 Bi12TiO2tl 粉體。
實(shí)例4 低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的原料及其配比為Bi (NO3 )3·5Η20 (C4H9O)4Ti CH4ON2 C6H8O7 · H2O = 12 1 6 1其制備方法(1)配制溶液將一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Li。按比例取一 定量C6H8O7 · H2O,加入溶液Ll中，攪拌得白色乳濁液，往其中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值 為6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi (NO3)3 · 5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3。 將溶液L3緩慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為5，按比例向溶 液L2加入一定量CH4ON2，攪拌得澄清溶液L4。(2)制備凝膠將(1)中所得澄清溶液L4至于95°C水浴中，電磁加熱攪拌60分 鐘，得透明凝膠。(3)凝膠干燥將(2)中所得凝膠在95°C下干燥2天，得多孔干膠。(4)干膠點(diǎn)燃采用乙醇為助燃劑，將(3)中所得多孔干膠點(diǎn)燃，得黃綠色粉體，即 為 Bi12TiO2tl 粉體。實(shí)例5:低溫燃燒合成法(LCS)制備一種光催化材料Bi12TiO2tl的原料及其配比為Bi (NO3 )3·5Η20 (C4H9O)4Ti CH4ON2 C6H8O7 ‘ H2O NH4NO3= 12 1 6 1 2其制備方法(1)配制溶液將一定量的(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液Li。按比例取一 定量C6H8O7 · H2O,加入溶液Ll中，攪拌得白色乳濁液，往其中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值 為6，得澄清溶液L2。按比例取一定量Bi (NO3)3 · 5Η20溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3。 將溶液L3緩慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為5，按比例向溶 液L2加入一定量CH4ON2和NH4NO3,攪拌得澄清溶液L4。(2)制備凝膠將(1)中所得澄清溶液L4至于95°C水浴中，電磁加熱攪拌60分 鐘，得透明凝膠。(3)凝膠干燥將(2)中所得凝膠在95°C下干燥2天，得多孔干膠。(4)干膠點(diǎn)燃采用乙醇為助燃劑，將(3)中所得多孔干膠點(diǎn)燃，得黃綠色粉體，即為 Bi12TiO2tl 粉體。 本發(fā)明提供了一種新的方法_低溫燃燒合成法(LCS)制備光催化材料Bi12TiO2tlt5從干燥速率、干膠燃燒情況(自燃燒的劇烈程度和完全程度等)以及產(chǎn)率和產(chǎn)物顆粒度等 方面綜合比較，實(shí)例5的原料配比和各參數(shù)的設(shè)置均是最優(yōu)的。
權(quán)利要求
一種光催化材料Bi12TiO20的制備方法，其特征在于所采用的原料為Bi(NO3)3·5H2O、(C4H9O)4Ti和C6H8O7·H2O，原料的摩爾比例為Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1，方法選用冰醋酸作為溶劑，利用氨水調(diào)節(jié)PH值；具體制備方法為步驟一、配制溶液將(C4H9O)4Ti溶于冰醋酸中，配制成溶液L1；按摩爾比例取C6H8O7·H2O，加入到溶液L1中，攪拌得白色乳濁液，向白色乳濁液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH值為6，得澄清溶液L2；按摩爾比例取Bi(NO3)3·5H2O溶于冰醋酸中，攪拌得澄清溶液L3；將溶液L3緩慢滴加到溶液L2中，再向溶液L2中緩慢滴加氨水，將PH值穩(wěn)定在4-7之間，攪拌得澄清溶液L4；步驟二、制備凝膠將步驟一中所得澄清溶液L4置于80℃-95℃水浴中，通過(guò)攪拌60-90分鐘，得透明凝膠；步驟三、凝膠干燥將步驟二中得到的凝膠在環(huán)境溫度為80℃-95℃的條件下干燥2-5天，得疏松多孔干膠；步驟四、干膠點(diǎn)燃采用燃燒后無(wú)固體殘留物且不與干膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的助燃劑，將步驟三中得到的多孔干膠點(diǎn)燃，最終得到黃綠色粉體，黃綠色粉體為Bi12TiO20粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光催化材料Bi12Ti02(l的制備方法，其特征在于所述的原 料中加入CH40N2，原料的摩爾比例為Bi(N03)3 5H20 (C4H90) 4Ti CH40N2 C6H807 H20 = 12 1 6 1，在所述步驟一中，將溶液L2的PH值穩(wěn)定在4-7之間后，向溶液L2中按摩爾比例加入 CH40N2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光催化材料Bi12Ti02(l的制備方法，其特征在于所述的原 料中加入CH4ON2和NH4NO3，原料的摩爾比例為Bi(N03)3 '5H20 (C4H90)4Ti CH40N2 C6H807 *H20 NH4N03 = 12 1 6 1 2，在所述步驟一中，將溶液L2的PH值穩(wěn)定在4-7之間后，向溶液L2中按摩爾比例加入 CH40N2 和 NH4N03。
全文摘要
一種光催化材料Bi12TiO20的制備方法，屬于陶瓷材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及采用低溫燃燒合成法(LCS)制備光催化材料Bi12TiO20。主要原料及其配比(摩爾比)為Bi(NO3)3·5H2O∶(C4H9O)4Ti∶C6H8O7·H2O＝12∶1∶1，添加一定量的CH4ON2和NH4NO3可以有效地加快凝膠干燥速率，形成疏松多孔干膠，改善干膠的燃燒性能從而提高產(chǎn)率和產(chǎn)物純度。選用冰醋酸作為溶劑，并用氨水調(diào)節(jié)pH值。制備方法為(1)配制溶液(2)制備凝膠(3)凝膠干燥(4)干膠點(diǎn)燃。與濕化學(xué)法比較，低溫燃燒合成法(LCS)借助外界能量進(jìn)行具有自蔓延性質(zhì)的燃燒，具有較低的點(diǎn)火分解溫度，避免高溫煅燒，節(jié)約能源保證產(chǎn)物純度的同時(shí)簡(jiǎn)化了制備工藝。
文檔編號(hào)C01G29/00GK101830508SQ20101017694
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者劉艷紅, 張迎春, 蘇曉莉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)